高聚物的高弹性与黏弹性.ppt

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1、第5章高聚物的高弹性和黏弹性本章主要内容第1节描述力学性能的基本物理量1．1形变与应力1．2简单剪切形变1．3均匀拉伸形变1．4体积压缩或膨胀第2节高弹形变的特点及理论分析2．1高弹形变的特点2．2平衡态高弹形变的热力学分析2．3高弹形变的分子理论第3节线性黏弹性现象及其数学描述3．1应力松弛现象，Maxwell模型3．2蠕变和蠕变恢复现象，Kelvin模型3．3复杂黏弹性模型3．4动态力学松弛现象第4节影响黏弹性的主要因素4．1影响应力松弛与蠕变的主要因素4．2影响动态力学性能的主要因素第5节叠加原理及其应用5．1时间－温度等效原理5．2玻尔兹曼叠加原理5．3松

2、弛时间谱和推迟时间谱讲清以下基本概念：普弹性；高弹性（橡胶弹性）；高弹形变；网链；线性黏弹性；动态黏弹性；应力松弛；松弛模量；蠕变；蠕变柔量；滞后现象；储能模量；损耗模量；力学损耗（内耗）；Maxwell模型；Kelvin模型；四元件模型；松弛时间谱；时-温等效原理；WLF方程；Boltzmann叠加原理讲清橡胶材料高弹性的主要特点。从热力学角度说明橡胶熵弹性的本质。从热力学分析推导橡胶等温拉伸的热力学方程。讨论内能变化和熵变化对高弹性的贡献。说明该理论的不足之处。建议10学时讲解重点SchoolofPolymerScience&Engineering高分子科学与

3、工程学院说明为何高分子材料的黏弹性特别突出。应力松弛、蠕变和动态黏弹性对材料性能和使用分别有哪些影响。用模型详细描述各种黏弹现象，说明松弛模量，蠕变柔量，松弛时间的物理意义。学生应掌握基本计算公式并作练习题。建议10学时讲解重点举例说明影响高分子材料应力松弛、蠕变、动态黏弹性的各种因素。第1节描述力学性能的基本物理量形变（strain）－物体在平衡外力或外力矩作用下发生形状和尺寸（体积）的相对变化称形变，亦称应变简单剪切均匀拉伸和压缩纯剪切纯扭转纯弯曲体积膨胀收缩……宏观表现为实际物体的形变表现为简单形变的复杂组合Note:无量纲/单位1．1形变与应力应力（str

4、ess）－物体在外力或外力矩作用下会产生形变，同时为抵抗外力的作用（形变）物体内部产生相应的应力，称内应力（外部作用力称外应力）。应力定义为材料内部或表面单位面积上的作用力平衡状态：外应力＝内应力单位：Pa（1Pa=1N/m2）或MPa(1MPa=106Pa)应力-应变响应具有时间依赖性：普通弹性体（虎克弹性体），应力-应变响应瞬时发生（约10-9～10-10s），时间依赖性小高分子材料，高弹区时，应力-应变响应亦为瞬时响应黏弹区时，应力-应变响应有明显的时间依赖性，即松弛特性1．2简单剪切形变图5-1简单剪切形变示意图六方体斜方体剪切力F剪切形变的程度:γ或tg

5、γ（当γ很小时）Note:1.对普通弹性体，G为常数2.发生简单剪切形变时，材料体积不变A为物体底面积，F为作用于A面上的剪切力剪切应力:应力-应变行为（弹性限度范围内）：G－剪切模量（shearmodulus）；－剪切柔量（complianceinshear）1．3均匀拉伸形变1．3．1工程拉伸应变和工程拉伸应力，泊松比试样初始横截面积为Ao，纵向长度为lo，拉伸后长度增至l，横截面变为A，则定义工程拉伸应变和工程拉伸应力分别为拉伸应变（nominalstrain）标称拉伸应力（nominalstress）E为拉伸模量(tensilemodulus)或杨氏模量工

6、程上涉及的拉伸应力均为标称应力图5-2单轴均匀拉伸形变示意图关于ν值的几点讨论：1.ν＝0.5，拉伸形变时试样体积不变2.橡胶材料拉伸时体积几乎不变，ν≈0.53.塑料材料拉伸时体积变化较大，ν＜0.5泊松比横向形变：单轴拉伸时，试样纵向被拉长，横向将收缩。横向尺寸由起始的bo、ho变为b、h。若试样为各向同性材料，则横向形变泊松比ν（Poisson’sratio）:真应力：真实试样拉伸时，由于横向收缩，其横截面积会发生变化，因此内部的实际应力并不等于标称应力，而应等于真应力（truestress）ture=F/ACauchy应变瞬间完成的无穷小形变Henck

7、y应变材料在一段有限时间内完成的有限形变当l/lo<<1，cH普弹性材料:高分子材料:l一般较大，cH1．3．2Cauchy应变和Hencky应变1．4体积压缩或膨胀体积应力与体积应变：体积为Vo的物体，受到三维各向同性压力p作用时，体积变化V，则压力p定义为体积应力，V/V0定义为体积应变K－体积模量（volumemodulus）各向同性理想弹性体材料的三个模量G、E、K与泊松比ν之间有如下关系若拉伸时材料体积不变，即ν＝1/2，则有：E=3G第2节高弹形变的特点及理论分析2．1高弹形变的特点1、小应力作用下弹性形变量很大，弹性模量较低，外力

8、撤销后形变